柔性生態護坡在清原縣紅河上的應用

石險峰，周東震，全大力

（1.遼寧省清原縣水務局河道處，遼寧清原113300；2.吉林省德能科技開發有限公司，吉林長春 130022）

1 概況

紅河是渾河的發源地，屬遼河流域。河流流經撫順、沈陽、遼陽、鞍山、營口入渤海。森林覆蓋率占74.6%，自然覆蓋率80.9%，其中大蘇河、灣甸子部分森林仍保持著原始狀態。紅河流域具有良好的生態環境，適宜野生動物繁衍生息。紅河流域面積較大，集雨面積845 km2，多年平均徑流深327 mm，多年平均徑流量2.62億m3，豐富的水源使下游的撫順、沈陽、遼陽等城市的工農業用水得到保障。

紅河是東部山區的高寒極地，凍脹破壞嚴重，河道邊坡受水流淘刷，是典型的山區性河道，因而不易治理。2000—2006年汛前，紅河河道整治防洪標準提高到10年一遇，防護多采用石籠丁壩型式，部分為混凝土現澆板。

2 生態護坡技術

柔性生態邊坡系統是用軟體特殊環保材料取代高耗能的鋼筋、混凝土、石材等硬體材料，通過創新設計的聯結組件構建穩定邊坡的全新護坡技術。柔性生態邊坡系統解決了多種傳統剛性邊坡不可突破的技術難題，如施工基礎要求高、施工難度大、分離塌陷、靜水壓力、凍融凍脹、不能綠化、阻斷水土等等。使結構穩定、水土保持與綠化一次完成，是生態、環保、節能與柔性結構四位一體的邊坡建設新技術，已廣泛應用于水利、交通、市政、園林、地產及高爾夫球場、鹽堿地邊坡、濕地維護與建設等領域。

軟體材料（生態袋）和特殊聯結組件（多向導水聯結扣）是多向導水柔性生態邊坡系統的兩個主要系統材料組件。

2.1 生態袋

1）材質。生態袋是以改性聚丙烯（PP）為原料，采用無紡針刺工藝經燒結制成，具有較高的科技含量，是一種新型的高級土工合成織物，在正常工況條件下，其使用壽命長達120年。生態袋充分考慮了材料力學、水利學、生物學、植物學等諸多學科的要求，對材料的受力、滿足植物生長的等效孔徑（O95）、良好的透水不透土等方面進行了嚴格的界定，具有抗紫外線、抗酸堿鹽、抗微生物侵蝕、防凍漲、無毒、耐老化、裂口不延伸的特點，并且永不降解，百分之百回收，真正實現了零污染。較目前常用的采用國內相類似土工產品優勢明顯。

2）外形尺寸。生態袋充分考慮了人體工程學理論，常用規格的生態袋尺寸更符合國人的身體體質，更便于搬運及堆砌。

3）厚度。保證了透水不透土的特性，能將坡體內的滲水迅速排出，減少了邊坡靜水壓力，同時滿足植物根系的穿透和生長，從而更加保證了坡體的穩定性。

2.2 多向導水聯結扣

多向導水連接扣特有的倒鉤棘爪位置及數量的分布，從材料力學角度分析，形成了蜂巢式緊鎖結構，將集中應力合理分散；多向通道凹槽、及非流線性凸肋，形成了多向導水網，從水利學角度分析，能夠將邊坡滲水迅速排出，減少靜水壓力對坡體的破壞；垂直空洞間距及孔徑布局、大小等，從植物學角度分析，較傳統的平板連接扣更適合植物根系的生長，利于植物根系在邊坡體內的生長和穿透，更容易形成生態錨桿效應；通過拉力試驗證明，設置了多向導水聯結扣的坡體的抗拉力為3 000 N以上，是普通平板連接方式的1.5倍以上，且隨著植物根系形成的生態錨桿效應，抗拉力將成倍增加。

2.3 東北地區的適應性和實用性

柔性邊坡系統特別適合東北地區冬季凍漲的實際情況：凍漲攪動后產生體積膨脹，使結構產生很大的附加應力，造成結構局部或整體的破壞；而柔性結構能夠適應這種變形和擠壓，同時還可將局部的集中膨脹力化解為均布應力，起到很好的以柔克剛的效果使結構保持穩定。水位漲落帶部位，在水位變動和波浪的淘蝕下，植被的根系土被淘空，地表立刻荒蕪化，土體慢慢液化帶入水底，柔性結構中具有特殊功能的袋體防止液化和流失，讓植被得以生根和生長，同時對于坡面的局部空隙能及時填壓和補充，切斷了水流的通道，植被根系得以扎入和錨固，從而形成穩定生態邊坡。

3 紅河生態護坡工程應用

紅河馬前寨段護坡長度700 m，護坡坡度1∶1.5，護坡高度3.6～4.3 m。整體施工完全采用人力搬運和壘砌，未動用任何大型機械設備，主體施工期10 d，綠化施工期（植被長至10 cm）約30 d，總工期不超過50 d。

設計簡圖見圖1。

4 百年洪水下的成功應用

4.1 自然情況

2010年7月31 日，清原地區遭遇特大暴雨災害，紅河流域洪峰流量為2 485 m3/s，平均流速高達4.6 m/s，紅河水位最高時上漲了5.8 m，達到了100年一遇的洪水。

4.2 生態護坡坡體狀況

在這百年不遇的洪水中，柔性生態護坡坡體完全被淹沒。在洪水自漲到落的110多h中，生態護坡經歷了高速水流沖刷、泥沙沖擊覆蓋、上游沖流下來的樹木石塊撞擊等惡劣物理性水環境考驗，生態袋袋體無任何損壞，坡體無沉降和塌陷現象。其透水不透土的材料特性，有效地保障了河流邊坡的水土無流失。

4.3 生態護坡綠化植被狀況

播種后已生的植被中，厭水耐旱性的紫花苜蓿草在被水淹沒5 d后，近2/3停止生長；禾本科植被基本全部保持存活。

在洪水過后對損失植被的坡體表面重新進行綠化補種，原植被依舊正常生長。20 d左右之后，生態護坡效果完全顯現。

5 結語

1）生態袋的材料特性、生態護坡的結構設計、袋體之間的聯結裝置都是保持生態護坡穩定的重要因素。

2）生態護坡的綠化應考慮流域特點，多采用親水或不厭水的草生或灌木植被，以防止在突發性的水位變化時影響生態效果。

3）生態護坡的穩定性和抗沖刷性可以滿足水利應用要求。

［1］國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006━2020年）［M］.2006.

［2］水利科技發展規劃（2001-2010年）［M］.

［3］全國水土保持科技發展規劃綱要（2008—2020年）［M］.

［4］許士國，高永敏，劉盈斐.現代河道規劃設計與治理［M］.北京：水利水電出版社.

［5］韓玉玲，岳春雷，葉碎高，等.河道生態建設——植物措施應用技術［M］.北京：中國水利水電出版社，2009.